JPS6187777A - 液晶組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は液晶組成物、特に応答性に優れた強誘電性液晶
に関する。詳しくは、シアノビフェニル化合物、ビフェ
ニルカルボン酸エステル化合物又は４−シクロヘキシル
安息香酸エステル化合物と、単独で又は配合物として強
誘電性を示す液晶とを含有する液晶組成物、及び、カル
ボン酸アルコキシビフェノールエステルとアルコキシビ
フェニルカルボン酸エステルとを配合した液晶組成物に
関する。

従来の技術 液晶表示素子の表示方式として、現在広く実用化されて
いるものは、ねじれネマチック型（ＴＮ型）および動的
散乱型（ＤＳ型）である。これらはネマチック液晶を、
主成分としたネマチック液晶セルによる表示である。従
来のネマチック液晶セルの短所のひとつに、応答速度が
遅く、たかだか数ｍ５ｅｃのオーダーの応答速度しか得
られないという事実があげられる。そして、このことが
ネマチック液晶セルの応用範囲をせばめる一因となって
いる。しかし、最近に至ってスメクチック液晶セルを用
いれば、より高速な応答が得られるということがわかっ
てきた。

光学活性なスメクチック液晶の中には、強誘電性を示す
ものがあることが、明らかになってきており、その利用
に間して、大きな期待が寄せられつつある０強誘電性を
示す液晶すなわち強誘電性液晶は、１９７５年Ｒ，Ｂ、
Ｍｅｙｅｒらにより合成された４−（４−ｎ−デシルオ
キシベンジリデンアミノ）ケイ皮酸−２−メチルブチル
エステル（以下、ＤＯＢＡＭＢＣと略記する。）を代表
例とする化合物であり、その、カイラルスメクチックＣ
相（以下、ＳＣ本相と略記する。）において、強誘電性
を示すことを特徴とするものである（Ｊ−Ｐｈｙｓ　ｉ
　ｑ　ｕ　ｅ、　−１Ｊ−、Ｌ−６９（１９７５〉）。

近年、Ｎ、Ａ、Ｃ１ａｒｋら（Ａｐｐ　１．Ｐｈｙ　ｓ
　、　Ｌ　ｅ　ｔ　ｔ　、　ｉｆ、　８９　（１９８０
）　）によって、ＤＯＢＡＭＢＣの薄膜セルにおいて、
μｓｅｃオーダーの高速応答性が、見出されたことを契
機に、強誘電性液晶はその高速応答性を利用して液晶テ
レビ等のディスプレイ用のみならず、光プリンターヘッ
ド、光フーリエ変換素子、ライトバルブ等のオプトエレ
クトロニクス関連素子の素材用にも使用可能な材料とし
て注目を集めている。

発明が解決しようとする問題点 しかし、既存の強誘電性液晶は強誘電性を示す温度範囲
が室温より高いものが多く、実用に供するまでには至っ
ていない、また、自発分極の強さ、ティルト角、弾性定
数、粘性係数、複屈折、らせんピッチ等の強誘電性液晶
材料として重要な物性値を、単品の材料で最適化するこ
とは非常に難しく、強誘電性液晶の配合技術の開発が必
須である。

しかるに、現在まで強誘電性液晶の配合の研究はあまり
行なわれておらず、強誘電性液晶どうしのみの配合（特
開昭５９−９８０５１．特開昭５９−１１８７４４、特
開昭５９−１２８３５７、Ｐｉｓ’ｍａ　　　Ｚｈ、Ｔ
ｅｋｈ、Ｆｉｚ−旦１７９４１１、第１θ回液晶討論回
予稿集１４ＡＯ９）、ＤＯＢＡＭＢＣへの光学活性物質
の添加（第８回液晶討論会予稿集３ｖ１９、第９回液晶
討論回予稿集２Ｊ１９）等の研究が行なわれているにす
ぎず、より汎用的な配合技術の開発が強く望まれている
。

問題点を解決するための手段 強誘電性液晶に、配合する化合物の要件としては、次の
ようなことが挙げられる。

・強誘電性液晶物質との混和性が良好なこ゛と・光、熱
、水分等により分解を受けにくい安定な化合物であるこ
と。

・自発分極の強さ等の強誘電性液晶材料として重要な物
性値を損なわないこと。

・配合量を変化させることにより、強誘電性を示す液晶
温度範囲を最適化できること。

本発明者らは、室温で使用できる強誘電性液晶の開発を
目的として、上記要件を満たすような強誘電性液晶の配
合系を種々検討した結果、置換ビフェニルカルボン酸エ
ステル化合物、置換シアノビフェニル化合物、又は置換
４−シクロヘキシル安息香酸エステル化合物が強誘電性
液晶の添加剤として有用であること、及びカルボン酸ア
ルコキシビフェノールエステルとアルコキシビフェニル
カルボン酸エステルとの配合系が強誘電性液晶材料とし
て有用であることを見いだした。

即ち本発明によって提供される配合系は、液晶（イ）と
（ロ）の配合物で（ロ）の組成が０．　１〜８０％であ
るものまたは液晶（ハ）と（ロ）の配合物で（ロ）の組
成が０〜８０％であるものである。但し、 （イ）一般式（１） ％式％（１） （但し、式中Ｒ１とＲ２は炭素数１〜１８のアルキル基
、アシル基、アシルオキシ基、ハロゲン化アシルオキシ
基、アルコキシカルボニル基、アルコキシカルボニルオ
キシ基又はアルコキシ基を示す。Ｒ１とＲ２は、同一で
あっても良く文具なっても良い。ただし、Ｒ１とＲ２の
少なくとも一方の基に不斉炭素を含むものとする。Ｘｉ
、Ｘ２及びｘ３は、ベンゼン環、シクロヘキサン環、ビ
シクロオクタン環、ピリミジン環、ジオキサン環又はそ
の置換生成物を示す、Ｘｉ　、Ｘ２及びｘ３は、互いに
同一であっても良く文具なっても良い。

Ｙ’ｌとＹｌは、単結合、−ＣＯＯ−１−ＯＣＯ−１−
ＣＨ＝Ｎ−１−Ｎ＝ＣＨ−、アゾ、アゾキシ、−ＣＨ＝
ＣＨ−１−ＣＨ２ＣＨ２−１−ＣＨ２０−を示す、・Ｙ
ｌとＹｌは、同一であっても良く文具なっても良い、ｎ
＝０または１とする。）で示される化合物のうち単独で
、又は配合物として、カイラルスメクチックＣ相、Ｆ相
、Ｇ相、Ｉ相またはＨ相を示す液晶 （ロ）一般式（２） ％式％（２） （但し、式中Ｒ３は直鎖又は分岐の炭素数１〜１８のア
ルキル基又はアルコキシ基を、Ｒ４はシアノ基又は直鎖
又は分岐の炭素数１〜１８のアルコキシカルボニル基を
、Ｐｈは１．４−フェニレン、ｘ４は１．４−フェニレ
ン又は１，４−シクロヘキシレンを示す） て表わされる化合物のうち強誘電性液晶とはならない化
合物１種類以上 （ハ）　一般式（３） ％式％（３） で表わされる化合物１種類以上と、一般式（４）Ｒ７−
０−Ｐｈ−Ｐｈ−Ｃｏ−０−Ｒ８（４）（但し、式中Ｒ
５とＲ７は直鎖又は分岐の炭素数１−１８のアルキル基
を、Ｒ６とＲ８は炭素数ｌ〜１８のアルキル基又はハロ
ゲン化アルキル基を、ｐｈは１．４−フェニレンを示す
。Ｒ６とＲ８の少なくとも一方の基に不斉炭素を含むも
のとする。

で表わされる化合物１種類以上とを含むことを特徴とす
る液晶組成物のうちカイラルスメクチックＣ相、Ｆ相、
Ｇ相、■相また−はＨ相を示す液晶さらに好ましくは、
液晶（イ）が下式（５）〜（１１）で表わされる化合物
１種類以上からなるもので、（ロ）の組成が０．１〜５
０％である液晶（イ）と（ロ）の配合物、及び液晶（ハ
）が下”式（５）で表わされる化合物１種類以上と下式
（６）で表わされる化合物１種類以上との配合物で（ロ
）の組成が０〜２５％であるもの液晶（ハ）と（ロ）の
配合物である。

以下の式てＲは直鎖又は分岐の炭素数１−１８のアルキ
ル基を、ｐｈは１．４−フェニレンを、Ｒ木は光学活性
２−メチルブチル基を示す。

ＲＯ−Ｐｈ−Ｐｈ−０−Ｃｏ−Ｒ９（５）（但しく５）
式においてＲ９はｌ−クロル−２−メチルブチル基、１
−クロル−３−メチルブチル基、又はｌ−クロル−２−
メチルプロピル基を示す） ＲＯ−Ｐｈ−ＰｈＣＯＯ−Ｒ本　　　　　（６）ＲＯ−
ＰｈＣＯＯ−ＰｈＣＯＯ−Ｒ本　（７）ＲＯ−ＰｈＣＯ
Ｏ−ＰｈＯ−Ｒ本　　　（８）ＲＯ−Ｐｈ−ＰｈＣＯＯ
−ＰｈＯ−Ｒ本（９）ＲＯ−ＰｈＣＨ＝Ｎ−ＰｈＣＯＯ
−Ｒ本（１０）ＲＯ−ＰｈＮ＝ＣＨ−ＰｈＣＯＯ−Ｒ本
（１１）本発明の配合物は、スメクチック液晶となり、
そのスメクチック相は、主としてスメクチ・ンク入相（
以下ＳＡ相と略称する）及びカイラルスメクチックＣ相
（以下ＳＣ本相と略称する）となる。

本発明の配合物の最大の特徴は、その配合量を変化させ
ることにより、°スメクチック相となる液晶温度範囲、
特に強誘電性を示すスメクチ・ンク柑となる液晶温度範
囲を最適化できることである０例えば、図１に、単品で
強誘電性液晶となる（２Ｓ。

３Ｓ）−３−ｙｌｆｋ−２−’）０）Ｌ、ベニ／９：／
ｒ！Ｉ−４’−（４”−オクチルオキシフェニル）−フ
ェニルエステル（Ａ）と、単独では強誘電性液晶とはな
らない（Ｓ）−４−デシル−４′−ビフェニルカルボン
酸−２−メチルブチルエステル（Ｂ）の混合系の降温時
の相図を示す。図中！相は等方相を、Ｃ相は結晶相を、
Ｓ零相はＳＣ＊相の下の温度領域であられれるカイラル
なスメクチック相を示す、この相図かられかるように、
（Ｂ）の添加により、（Ａ）の強誘電性を示す（ＳＣ＊
相となる）液晶温度範囲をコントロールすることができ
る。

また、図２に２種類の強誘電性液晶である（２Ｓ、３Ｓ
）　−３−メチル−２−クロルペンタン酸−４’　−（
４”−オクチルオキシフェニル）−フェニルエステル（
Ａ）と（Ｓ）−４−オクチルオキシ−４′−ビフェニル
カルボン酸−２−メチルブチルエステル（Ｃ）の混合系
の降温時の相図を示す。この相図かられかるように、（
Ａ）と（Ｃ）を混合することにより、強誘電性を示す＜
ＳＣ＊相となる）液晶温度範囲を拡大することができる
。しかも、（Ａ）は融点４８６Ｃのエナンチオトロピッ
クなＳＣ＊相を示す液晶、（Ｃ）は融点４８°Ｃのモノ
トロピックなＳＣ＊相を示す液晶であるのに対し、（Ａ
）と（Ｃ）を１：１に混合すれば融点３５６５°Ｃのエ
ナンチオトロピックなＳＣ＊相を示す液晶とすることが
できる。

また、融点については多成分化することにより、さらに
低下させることが可能であり、本発明の配合によりエナ
ンチオトロピック室温強誘電性液晶χを得ることができ
る。

本発明の配合物を使用して、光スイッチング素子を構成
する場合次の３つの方式が考えられる。

・２枚の偏光子を使用する複屈折型 ・２色性色素を使用するゲスト・ホスト型・自発分極の
反転時の光散乱を利用するＴＳＭ型（レーザー研究Ｖｏ
１．１２（１９８４）上記３方式のいずれの表示方式を
とる場合でも、高速応答性、低電圧駆動性等の点からい
って、自発分極の大きな室温強誘電性液晶程有利である
。

その点、上記（Ａ）と（Ｃ）のｌ：ｌ配合物の自発分極
の最大値は約４０ｎＣであり、電気特性的にも非常に優
れた配合物であり実用上有用と考えられる。

なお、本発明の配合物は光学活性物質なので、ホワイト
ティラー型カラー表示用、コレステリックネマチック相
転移型表示用、ＴＮ型セルにおけるリバースドメイン発
生防止用等の目的でネマチック液晶に添加して用いるこ
とも可能である。

また、本発明の配合物はスメクチック液晶となるので、
熱書込レーザー書込等の記憶型表示素子用に用いること
も可能である。

実施例 以下実施例により、本発明の化合物につき更に詳細に説
明するが、本発明は、これらの実施例により、限定され
るものではない。

実施例　１ （２Ｓ、３Ｓ）　−３−メチル−２−クロルペンタン酸
−４’　−（４”−オクチルオキシフェニル）−フェニ
ルエステル（Ａ）１００部に以下の化合物をそれぞれ配
合した２成分配合物の、降温時にＳＣ＊相を示す温度範
囲は次の通りであった。

４−オクチル−４′−シアノビフェニル　１１部４５〜
２０”　Ｃ （Ｓ）−４−（）ランス−４′−ヘプチルシクロヘキシ
ル）安息香酸−２−メチルブチルエステルｌ１部 ３６〜２Ｂ’　Ｃ ４−オクチル−４′−ビフェニルカルボン酸ブチルエス
テル　８２部 ３３〜２２＠Ｃ もとの（Ａ）単品の降温時にＳＣ＊相を示す温度範囲は
、５３〜３６”　Ｃてあフた。以上のように、本発明の
配合法を用いることにより、強誘電性を示す液晶温度範
囲を下げることができ、室温で強誘電性液晶となる配合
物を得ることができる。

実施例　２ （Ｓ）−オクチルオキシビフェニルカルボン酸−２−メ
チルブチルエステル（Ｃ）１００部に以下の化合物をそ
れぞれ配合した２成分配合物の、降温時にＳＣ＊相を示
す温度範囲は次の通りであったつ ４−ノニル−４′−シアノビフェニル　　２部４２〜２
９”　Ｃ ４−（トランス−４′−へブチルシクロヘキシル）安息
香酸−３−メチルブチルエステル　１５部２９〜１９°
Ｃ ４−ノニル−４′−ビフェニルカルボン酸−３−メチル
ブチルエステル　１５部 ３４〜２２”　Ｃ もとの（Ｃ）単品の降温時にＳＣ＊相を示す温度範囲は
、４０〜３３°Ｃであった。以上のように、本発明の配
合法を用いることにより、強誘電性を示す液晶温度範囲
を下げることができ、室温で強誘電性液晶となる配合物
を得ることができる。

実施例　３ ＤＯＢＡＭＢＣ１００部に以下の化合物をそれぞれ配合
した２成分配合物の、降温時にＳＣ＊相を示す温度範囲
は次の通りであった。

４−ドデシル−４′−シアノビフェニル　　９部８３〜
５５”Ｃ （Ｓ）−４−（）ランス−４′−へブチルシクロヘキシ
ル）安息香酸−２−メチルブチルエステル１２部 ５６〜４０°Ｃ ４−（トランス−４′−へブチルシクロヘキシル）安息
香酸プロピルエステル　１０部 ５８〜２８６Ｃ （Ｓ）−４−デシル−４′−ビフェニルカルボン酸−２
−メチルブチルエステル　２５部６０〜３８’　Ｃ もとのＤＯＢＡＭＢＣ単品の降温時にＳＣ＊相を示す温
度範囲は、９３〜６９°Ｃてあった。以上のように、各
種の強誘電性液晶骨格に対し、本発明の配合法が有用で
あることがわかった。

実施例　４ （２Ｓ、３Ｓ）−３−メチル−２−クロルペンタン１ｌ
ｌｆ＋−４’　−（４”−オクチルオキシフェニル）−
フェニルエステル（Ａ）　　　　　１００部（Ｓ）−４
−デシル−４′−ビフェニルカルボン酸−２−メチルブ
チルエステル（Ｃ）１００部４−オクチル−４′−シア
ノビフェニル　１０部からなる３成分配合物の降温時に
ＳＣ＊相を示す温度範囲は、３８〜ｏ’ｃであった。こ
のように、より多成分を配合することにより、強誘電性
を示す液晶温度範囲を広げることができ、室温を含む温
度範囲で強誘電性液晶となる配合物を得ることができる
。

実施例　５ 実施例４の配合物を、配向処理としてＰＶＡを塗布し表
面をラビングして平行配向処理したＩＴＯガラスを用い
て構成したセルに注入した。このセルを２枚の偏光子の
間にはさみ、ＩＯＶて０゜δＨｚの交流を印加したとこ
ろ明瞭なスイッチング動作が観測され、非常にコントラ
ストも良く、応答速度も速い（数ｍ　Ｓ　ｅ　Ｃ以下）
液晶表示素子が得られた。

【図面の簡単な説明】

図１は、（２Ｓ、３Ｓ）−３−メチル−２−クロルペン
タン［１−４’　−（４”−オクチルオキシフェニル）
−フェニルエステル（Ａ＞と、（Ｓ）−４−デシル−４
′−ビフェニルカルボン酸−２−メチルブチルエステル
（Ｂ）の混合系の降温時の相図である。図２は、（２Ｓ
、３Ｓ）−３−メチル−２−クロルペンタン酸−４’　
−（４”　−オクチルオキシフェニル）−フェニルエス
テル（Ａ）と（Ｓ）　−４−オクチルオキシ−４′−ヒ
フェニルカルボン酸−２−メチルブチルエステル（Ｃ）
の混合系の降温時の相図である。図中、■相は等方相を
、ＳＡ相はスメクチックＡ相を、ＳＣ＊相はカイラルス
メクチックＣ相を、Ｓ零相はＳＣ＊相の下の温度領域で
あられれるカイラルなスメクチック相を、Ｃ相は結晶相
を示す。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）一般式（１） Ｒ１−Ｘ１−Ｙ１−Ｘ２−（Ｙ２−Ｘ３）ｎ−Ｒ２（１
   ） （但し、式中Ｒ１とＲ２は炭素数１〜１８のアルキル基
   、アシル基、アシルオキシ基、ハロゲン化アシルオキシ
   基、アルコキシカルボニル基、アルコキシカルボニルオ
   キシ基又はアルコキシ基を示す。Ｒ１とＲ２は、同一で
   あっても良く又異なっても良い、ただし、Ｒ１とＲ２の
   少なくとも一方の基に不斉炭素を含むものとする。Ｘ１
   、Ｘ２及びＸ３は、ベンゼン環、シクロヘキサン環、ビ
   シクロオクタン環、ピリミジン環、ジオキサン環又はそ
   の置換生成物を示す、Ｘ１、Ｘ２及びＸ３は、互いに同
   一であっても良く又異なっても良い。 Ｙ１とＹ２は、単結合、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−Ｃ
   Ｈ＝Ｎ−、−Ｎ＝ＣＨ−、アゾ、アゾキシ、−ＣＨ＝Ｃ
   Ｈ−、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ２Ｏ−を示す、Ｙ１と
   Ｙ２は、同一であっても良く又異なっても良い、ｎ＝０
   または１とする。）で示される化合物の、うち単独で、
   又は配合物として、カイラルスメクチックＣ相、Ｆ相、
   Ｇ相、Ｉ相またはＨ相を示す液晶に、 一般式（２） Ｒ３−Ｘ４−Ｐｈ−Ｒ４（２） （但し、式中Ｒ３は直鎖又は分岐の炭素数１〜１８のア
   ルキル基又はアルコキシ基を、Ｒ４は直鎖又は分岐の炭
   素数１〜１８のアルコキシカルボニル基又はシアノ基を
   、Ｐｈは１，４−フェニレンを、Ｘ４は１，４−フェニ
   レン又は１，４−シクロヘキシレンを示す。） で表わされる化合物のうち単独では強誘電性液晶とはな
   らない化合物１種類以上を０．１〜８０％配合したこと
   を特徴とする液晶組成物
2. （２）特許請求範囲（１）項（２）式においてＲ３が直
   鎖又は分岐の炭素数１〜１８のアルキル基、Ｒ４が直鎖
   又は分岐の炭素数１〜１８のアルコキシカルボニル基、
   Ｘ４が１，４−フェニレンであるような特許請求範囲（
   １）項記載の液晶組成物
3. （３）特許請求範囲（１）項（２）式においてＲ３が直
   鎖又は分岐の炭素数１〜１８のアルキル基、Ｒ４が直鎖
   又は分岐の炭素数１〜１８のアルコキシカルボニル基、
   Ｘ４が１，４−シクロヘキシレンあるような特許請求範
   囲（１）項記載の液晶組成物
4. （４）特許請求範囲（１）項（２）式においてＲ３が直
   鎖又は分岐の炭素数１〜１８のアルキル基、Ｒ４がシア
   ノ基、Ｘ４が１，４−フェニレンであるような特許請求
   範囲（１）項記載の液晶組成物
5. （５）一般式（３） Ｒ５−Ｏ−Ｐｈ−Ｐｈ−Ｏ−ＣＯ−Ｒ６（３） で表わされる化合物１種類以上と、 一般式（４） Ｒ７−Ｏ−Ｐｈ−Ｐｈ−ＣＯ−Ｏ−Ｒ８（４） （但し、式中Ｒ５とＲ７は直鎖又は分岐の炭素数１〜１
   ８のアルキル基を、Ｒ６とＲ８は炭素数１〜１８のアル
   キル基又はハロゲン化アルキル基を、Ｐｈは１，４−フ
   ェニレンを示す。Ｒ６とＲ８の少なくとも一方の基に不
   斉炭素を含むものとする。 で表わされる化合物１種類以上とを含むことを特徴とす
   る液晶組成物のうちカイラルスメクチックＣ相、Ｆ相、
   Ｇ相、Ｉ相またはＨ相を示す液晶に、特許請求範囲（１
   ）項（２）式で表わされる化合物のうち強誘電性液晶と
   はならない化合物１種類以上を０〜８０％配合したこと
   を特徴とする液晶組成物
6. （６）特許請求範囲（１）〜（５）の液晶組成物を使用
   して構成された光スイッチング素子